从理论到实践：秦川江研究员与手性准二维单结自旋发光二极管的前沿研究

2024-11-21 15:42:42 26阅读次数

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近日，长春应化所秦川江研员团队在手性准二维发光二极管方面取得重要进展，研究成果以“Chiral quasi-2D perovskites based single junction spin-light-emitting diodes”为题发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials 上。长春应用化学研究所为该论文第一单位，李彬和博士为第一作者，秦川江研究员、王恺教授为共同通讯作者。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业生产带来一些灵感和启发。

应用方向：钙钛矿、Spin-LEDs、圆偏振发光、自旋选择效应

正文

近年来，可溶液加工的手性金属卤化物钙钛矿在室温条件下展现出优异的手性诱导自旋选择性（CISS）而备受关注。通过这种特性，紧凑的LED器件也能够直接操纵注入电子的自旋态，实现高效的圆偏振电致发光（CP-EL）。该技术在3D显示、虚拟现实技术等领域有潜在的应用。然而，目前基于手性钙钛矿的自旋发光二极管中实现高外量子效率（EQE）和高CP-EL仍然是一个重要挑战。

手性钙钛矿材料的相结构与手性诱导的自旋轨道耦合（CISOC）效应在自旋操控中具有重要作用。研究团队通过广角X射线掠入射小角散射（GIWAXS）和X射线衍射（XRD）技术，解析了手性钙钛矿薄膜的多相结构，发现n = 1相位于薄膜的底界面，而3D相位则主要作为复合和发光中心。这种独*的垂直相结构分布有利于材料的自旋选择性。

同时该团队通过磁场依赖光谱和自旋轨道理论的结合，进一步量化了手性钙钛矿（R/S-MBA₂FA₂Pb₃Br₁₀）中的自旋行为，结果表明材料的载流子自旋寿命达20 ps。磁场作用下，自旋注入与产生的圆偏振发射之间呈现直接相关关系。

此外，手性结构使材料在自旋极化效率上达到87.05%，验证了手性诱导的自旋轨道耦合效应（CISOC）的显著作用。

最后基于该手性准二维钙钛矿体系制备单结spin-LED并通过手性反溶剂的方法进一步实现了Spin-LEDs的外量子效率15.42%。圆偏振电致发光强度则通过四分之一波片、线性偏振片和荧光光谱仪的组合进行实验测量，最终实现4.98%的CP-EL效率。

配置推荐

文中手性钙钛矿材料的时间分辨发光（TRPL）和圆偏振发光（CPL）的测试采用卓立汉光的OmniFluo990 稳态瞬态荧光光谱仪测试得到。其TRPL测试使用350nm飞秒激光进行激发。CPL采用四分之一波片、线性偏振片和荧光光谱仪的组合进行实验测量。

下图为秦川江研究员课题组的OmniFluo900系列稳态瞬态荧光光谱仪，耦合正置科研级显微镜，条纹相机及飞秒激光器。该套系统主要用于杂化半导体和有机光电材料与器件的研究。

秦川江研究员简介

中国科学院长春应用化学研究所研究员，课题组长、博士生导师、国家杰出青年基金入选者、国家人才计划青年项目入选者、高分子物理与化学国家重点实验室副主任。2009年在中科院长春应化所获得高分子化学博士学位。2010-2019年分别在香港浸会大学、日本国立物质材料研究所、日本九州大学从事博士后和研究工作。目前研究方向为杂化半导体和有机光电材料与器件，共发表论文100余篇，包括 Nature, Nature Photonics, Advanced Materials等著名学术期刊。已申请和获得授权发明中国、日本、PCT等专*20余项。主持国家人才计划青年项目、中国科学院修购专项、国家自然科学基金委面上项目、吉林省科技厅重大项目，参与科技部国家重点研发计划项目。

标签：自旋选择效应 Spin-LEDs 圆偏振发光

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